Cytawa Oczyszczalnia Ścieków: Zasada Działania i Kofermentacja
- Szczegóły
Oczyszczalnia ścieków w Swarzewie zlokalizowana jest nad brzegiem Zatoki Puckiej. Obsługuje w codziennej eksploatacji poza sezonem letnim około 40 000 RLM z Aglomeracji Puck i około 150 000 RLM latem, głównie od osób czasowo przebywających na terenie miejscowości w celach turystycznych. Oczyszczalnia została gruntownie zmodernizowana w latach 2014-2016. W trakcie modernizacji rozbudowano część ściekową oraz, wzorem wielu innych obiektów w kraju i za granicą, wyposażono ją w urządzenia związane z fermentacją osadu z odzyskiem energii elektrycznej i cieplnej.
Niniejszy artykuł powstał na podstawie dwuletnich doświadczeń zebranych w latach 2016-2017, związanych z prowadzoną wspólną fermentacją (kofermentacją) osadu i innych odpadów organicznych.
Dane Wyjściowe i Koncepcja Rozbudowy
Ilość produkowanego osadu wstępnego i nadmiernego, według wytycznych projektowych, określała wielkość komory fermentacyjnej - maksymalnie do 3 tys. m3, a moc agregatów prądotwórczych - ok. 300 kW. W trakcie przygotowania koncepcji rozbudowy oczyszczalni oraz po inwentaryzacji lokalnych zakładów przemysłowych, zdecydowano się na znaczne zwiększenie pojemności komór, większe niż wynikało to z wyliczeń ilości produkowanego osadu z samej oczyszczalni.
Koncepcja zakładała wspólną fermentację osadu produkowanego w oczyszczalni i odpadów organicznych, w tym odpadów rolniczych oraz z przemysłu rybnego. Ponaddwukrotnie większe komory fermentacyjne umożliwiają prowadzenie gospodarki osadowej i odpadowej w sposób bardziej elastyczny. Wygoda eksploatacji, objawiająca się możliwością odstawienia jednej komory (uśpienia) bez podgrzewania i zasilania nawet na kilka miesięcy bez zauważalnego negatywnego wpływu na żywotność bakterii metanowych.
Tabela 1. Obciążenie Oczyszczalni
Dane liczbowe dotyczące obciążenia oczyszczalni, przedstawiono w tab. 1. Część biologiczna - reaktory cykliczne typ SBR.
Przeczytaj także: Przydomowe oczyszczalnie ścieków Zawiercie
Kryteria Przyjmowania Odpadów i Potencjał Biogazowy
Oczyszczalnia w Swarzewie nastawiona jest na pozyskiwanie wszelkich odpadów posiadających potencjał biogazowy. Podstawowym kryterium kwalifikującym przyjęcie odpadów jest ich bezwzględna czystość, w tym czystość chemiczna. Kryterium kontroli czystości odpadów wynika z produkcji nawozu organicznego z osadu pofermentacyjnego metodą kompostowania.
Odpady muszą być jednorodne, łatwe do kontroli czystości. Oznaczenie ilości pofermentu powstającego z odpadu. Na podstawie badań laboratoryjnych i doświadczeń związanych z fermentacją odpadów ustala się cenę jednostkową za dostarczenie danego rodzaju odpadu do fermentacji. W 2016 r. Na podstawie badań oraz doświadczeń w skali technicznej uszeregowano odpady według skali kosztów przetwarzania, licząc od najwyższych kosztów, aż do największych zysków (tab. Tab. 2.
Największą potencjalną korzyść dla zakładów przetwarzających odpady przy oczyszczalniach ścieków posiadają te, które w wyniku fermentacji dostarczają największą jednostkową ilość biogazu z jednoczesną największą redukcją pozostałości po fermentacji z niską zawartością związków azotu i fosforu w odciekach. Odpady tego typu powinny być separowane od ścieków i dostarczane do komór fermentacyjnych z pominięciem kanalizacji.
Dla przykładu, odpady rybne zmieszane posiadają wysoki potencjał biogazowy, natomiast po fermentacji podnoszą stężenie azotu amonowego w odciekach do wartości powyżej 1000 mgN/dm3. Wymaga to kosztownego oczyszczania odcieków w części ściekowej i, w konsekwencji, powoduje konieczność podniesienia opłaty za ich przetworzenie do wysokości ok. 50 zł/Mg.
Według badań laboratoryjnych, największy potencjalny zysk dla zakładu dają tłuszcze zbierane ze smażalni frytek. Ich potencjalny zysk z tytułu uzyskiwanego biogazu i jednoczesnej niskiej zawartości osadu pofermentacyjnego (pofermentu) przekracza 600 zł/Mg.
Przeczytaj także: Oczyszczalnia oksydacyjna: zasady działania
Tłuszcze w kanalizacji miejskiej ulegają daleko idącej emulgacji w połączeniu ze związkami powierzchniowo czynnymi i są trudne do oddzielenia w separatorach oczyszczalni w dużym strumieniu ścieków. W komorach napowietrzania znacząco podnoszą zapotrzebowanie na tlen. Czas rozkładu tłuszczów w komorach osadu czynnego wynosi ok. 14 dni. Tłuszcze powinny być separowane u źródła wytwarzania i przywożone jako paliwo do komór fermentacyjnych z pominięciem kanalizacji.
Dodatkową, negatywną, cechą tych związków, uciążliwą dla operatorów, jest łatwość tworzenia złogów i zatorów wzdłuż ciągów rur kanalizacyjnych. Roczny koszt czyszczenia rur kanalizacyjnych ze złogów tłuszczowych dla miasta powyżej 100 tys. Należy zaznaczyć, że w odróżnieniu od biogazowni rolniczych, znaczny udział w kosztach przetwarzania odpadów ma późniejsza obróbka osadu pofermentacyjnego, w tym przypadku - kompostowanie.
Wysoka cena słomy oraz koszt odwadniania osadu i napowietrzania pryzm kompostowych generują dodatkowe wydatki i ewentualne straty w przypadku odpadów o wysokiej zawartości celulozy znajdujących się w osadzie pofermentacyjnym. Rozwiązanie punktu przyjmowania odpadów roślinnych zapożyczone jest z biogazowni rolniczych. Urządzenie zapewnia możliwość sporządzenia mieszanki odpadowej, rozcieńczenia, maceracji i dozowania do komór fermentacyjnych według dowolnej receptury.
Dawkowanie Substancji Tłuszczowych i Wydajność Biogazu
Informacją przydatną dla eksploatatorów jest określenie maksymalnej bezpiecznej dawki substancji tłuszczowych możliwych do wspólnej fermentacji z osadem wstępnym i nadmiernym. Dobowa dawka mieszanki tłuszczowej podawana jest systematycznie przez cały czas porcjami o czasie podawania od 2 do 3 minut z częstotliwością co 20 minut.
Pomimo prób dociążenia komór fermentacyjnych większymi dawkami tłuszczów, nie osiągnięto wartości maksymalnej powodującej problemy eksploatacyjne. Tłuszcze rybie (45% s.m.) mieszano w proporcji 1:3 (objętościowo) z osadem wstępnym i nadmiernym (5% s.m.), dozując wszystko w ilości 5% objętości komory na dobę, nie powodując negatywnych zmian zasadowości osadu.
Przeczytaj także: Jak ustawić napowietrzanie?
Ocenia się, że w przeliczeniu na suchą masę odpady tłuszczowe stanowią często 75% wsadu komory fermentacyjnej, a resztę stanowi osad wstępny i nadmierny. Jedynym ograniczeniem w komorach fermentacyjnych są zabezpieczenia mechaniczne ciśnienia produkowanego biogazu w komorze fermentacyjnej.
Zwiększone wydzielanie biogazu pod wpływem odpadów tłuszczowych obserwowane jest niemal natychmiast po dozowaniu odpadów. Tym samym, zbiornik z mieszanką przygotowaną do fermentacji może być jednocześnie magazynem energii wykorzystywanej w chwili najbardziej potrzebnej dla oczyszczalni.
W warunkach laboratoryjnych największą produkcję biogazu dały odpady tłuszczowe zmieszane z osadem wstępnym i z miękkimi odpadami roślinnymi, takimi jak wybrakowane pory i cebula. Żaden z tych odpadów osobno nie osiągał takiej produkcji, jak przygotowana mieszanka.
Wykorzystanie Roślinnych Odpadów Celulozowych i Enzymów
Próby wykorzystania roślinnych odpadów celulozowych do fermentacji metanowej przeprowadzane są na całym świecie z wykorzystaniem różnych metod, w tym chemicznych, fizycznych oraz biologicznych, na przykład z wykorzystaniem enzymów. Celem badań prowadzonych w Swarzewie jest znalezienie prostej receptury umożliwiającej rozkład roślinnych organicznych związków węglowych dostępnych w znacznie większych ilościach niż odpady zwierzęce.
Na uwagę zasługuje powszechne generowanie odpadów np. w domach mieszkańców i ich dostępność cały rok. Do badań zastosowano produkt handlowy do rozkładu celulozy na bazie egzoenzymów (celulazę). Enzymy stosowane są powszechnie jako dodatek do pasz i przetwórstwa owocowego, natomiast w inżynierii sanitarnej wykorzystywane są stosunkowo rzadko.
Do badań własnych zastosowano również enzymy pozyskane z własnego źródła ze spleśniałego chleba i porównano oba sposoby pod względem wydajności produkcji biogazu. Celuloza może stanowić uzupełniające bogate źródło węgla dla produkcji biogazu. Dodatkowo, może być atrakcyjna dla biogazowni przy oczyszczalniach ścieków z uwagi na niską zawartość azotu.
Enzymy rozkładające celulozę są coraz powszechniej stosowane w różnych dziedzinach przemysłu rolno-spożywczego, a ich cena systematycznie spada, dlatego mogą stanowić cenne uzupełnienie dla pozyskania surowców do fermentacji, praktycznie przez cały rok.
Po wstępnych badaniach dotyczących celulozy zawartej w osadzie pofermentacyjnym, uzyskano 4-procentowy dodatkowy wzrost produkcji biogazu. Jednak ten niewielki wzrost wykazał wysoką opłacalność dodatku enzymu, wynoszącą 10-krotność zysku z tytułu pozyskania energii w porównaniu do kosztów zakupu enzymu.
Dodatek enzymu do osadu wstępnego pozwala na uzyskanie dodatkowych ilości biogazu z celulozy zawartej w samym osadzie, a także z dodatkowych źródeł, wcześniej uznanych za nieprzydatne. Celuloza zawarta w osadzie pochodzi z treści naszych jelit, jako niestrawiona pozostałość oraz jako balast - z komory fermentacyjnej.
Z badań przeprowadzonych w laboratorium wynika, że dawkowanie enzymu do komory fermentacyjnej powinno być prowadzone okresowo, a nie każdego dnia. Badania w Swarzewie prowadzane są wspólnie z Akademią Morską w Gdyni. Wykazują wyraźny wzrost zdolności fermentacyjnej odpadów roślinnych.
Najbardziej efektywne działanie na odpady zawierające celulozę zaobserwowano w przypadku słomy, czyli odpadu, który nie jest stosowany jako surowiec do komór fermentacyjnych w oczyszczalniach ścieków, ale w biogazowniach rolniczych często występuje jako składnik gnojowicy. Odpady lignocelulozowe zmieszane z chlebem spleśniałym posiadały również wysoki potencjał biogazowy.
Pleśnie powstałe w czasie przetrzymywania odpadów powodują znaczne zwiększenie potencjału biogazowego. Enzymy zawarte w pleśniach powodowały rozpad celulozy i zwiększone wydzielanie biogazu z innych odpadów. Po dozowaniu enzymu, wyraźnemu zwiększeniu uległa zawartość substancji mineralnej.
Zwiększenie ilości biogazu z jednoczesnym zmniejszeniem ilości osadu pofermentacyjnego (pofermentu) ma korzystne znaczenie w eksploatacji. Zaskoczeniem była również wysoka zdolność fermentacyjna trawy, która w badaniach uzyskała największy potencjał biogazowy, natomiast nie zauważono wpływu celulazy na odpady zawierające trawę.
Wnioski z przeprowadzonych badań mają znaczenie praktyczne i mogą być przydatne dla tych oczyszczalni, które szukają nowego źródła surowców do fermentacji.
Samowystarczalność Energetyczna i Potencjał Redukcji Odpadów
Obecnie oczyszczalnia jest samowystarczalna energetycznie. Z uwagi na dotację z Unii Europejskiej, nie może wyprodukować rocznie i sprzedać więcej energii niż zakup z sieci państwowej. Z tego względu zakład musiał odmówić przetwarzania wielu atrakcyjnych odpadów z różnych działów przemysłu spożywczego.
W badaniach laboratoryjnych wykazano przydatność stosowania enzymów do rozkładu celulozy z odpadów celulozowych i z osadu wstępnego. Oczyszczalnia z kofermentacją i kompostownią może przyczynić się do wzrostu wymaganego przez Unię Europejską poziomu redukcji odpadów biodegradowalnych.
W warunkach zlewni oczyszczalni w Swarzewie odpady kuchenne ulegające biodegradacji produkowane są w ilości 15 600 Mg/rok, dając potencjalny zysk z przetworzenia około 560 tys.
tags: #cytawa #oczyszczalnia #ścieków #zasada #działania
